浙大03-08传热学试题答案教案

第一篇：浙大03-08传热学试题答案教案

浙江大学2001年考研试题答案

一、填空

1.（1）逐渐降低（2）热边界层厚度沿管长逐渐增大 2.（1）增大（2）产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了换热 3．（1）横向（2）横向冲刷热边界层较薄且存在由边界层分离而产生的漩涡，增加了流体扰动，因而换热强 4.（1）

浙江大学2003年考研试题答案

一、填空

1.（1）表征了物体内部温度扯平的能力、传递温度变化的能力（2）单位m2/s（3）普朗特数Pr 2.（4）自身辐射（5）反射辐射 3.4.（7）管子直径（8）5.（9）λ表示管道（10）流体

6.（11）表示内部导热热阻与表面对流换热热阻1n的比值（12）表示壁面上无量纲温度梯度的大小 7.（13）减小（14）不变 8.（15）液膜层导热（16）

9.（17）方向（18）光谱吸收比 10.（19）传热单元数（20）

二、简答题

1.见课本第四版P320 2.见课本第四版P61 温度计套管与其四周环境之间发生着三种方式的热量传递。①从套管顶端向根部的导热。

②从管道内流体向套管外表面的对流换热。③从套管外表面向管道壁面的辐射换热。

稳态时，套管从管道内流体获得的热量正好等于套管向管道壁面的导热及辐射换热之和。因次套管的壁面温度必低于管道内流体的温度。

tHtft0tfchmHHchmHt't“maxt1't2'

0

式中：tH为套管顶端壁面温度，tf为管道内流体温度。

从温度计套管的一维导热物理过程来看，可以画出如图所示的热阻定性分析图（图略）

图中t为管道外的环境温度，R3代表管道外侧与环境间的换热热阻，R1、R2分别代表套管顶端与管道内流体的换热热阻及顶端与根部间的导热热阻。显然：要减小测温误差，应使tH尽量接近tf，即应尽量减小R1而增大R2及R3。另一方面，由上式可看出，要减少H，应增加chmH，即增加mH，以减小0的值。可以采用以下方法：

① 选用导热系数较小的材料作套管（增大R2）； ② 尽量增加套管的高度并减小壁厚（增大R2）； ③ 强化套管与流体间的换热（减小R1）； ④ 在管道外侧包以保温材料（增加R3）。3.不对，相变换热，两者相同。

4.辐射 对流

浙江大学2004年考研试题答案

一、填空题

1.能量守恒定律，傅里叶定律，Pc2.0.1W/mK 65℃ 3.升高

4.A1X1,2A2X2,1，X1,1X1,2X1,3X1,nX1,i1

i1ntt xx5.黑体 波长 6.普朗特数，动量扩散能力与热量扩散能力的一种量度 7.变大 变小 8.临界热流密度qmax 9.10.11.1059.278s

二、简答题 1.2.3.入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数比充分发展段的高，且沿着主流方向逐渐降低。4.①保温瓶夹层抽真空；

②测流体导热系数时，上部加热处于高温下部处于低温，使测量更加准确； ③双层保温玻璃。

浙江大学2005年考研试题答案

一、填空

1.（1）Pr（2）动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量 2.（3）叉排（4）顺排 3.（5）温压小（6）传热强 4.（7）湍流（8）特征长度 at't”maxt1't2'，换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 5.（9）光谱吸收比与波长无关

6.（10）把表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数

7.（11）光谱辐射强度在吸收性气体中传播时按指数规律衰减 8.（12）固体内部导热热阻与其界面上换热热阻（13）固体的导热系数

9.（14）实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量（15）0 10.（16）二维、稳态、无内热源的边界层能量（17）热扩散率 11.（18）AB

12.（19）顺流（20）R14.（21）逆流

15.（22）平均温差法（23）效能——传热单元数法

二、简答题

1.固体壁面附近流体温度急剧变化的薄层称为热边界层。

对流换热的热阻大小主要取决于紧靠壁面附近的流体流动状况，这一区域中速度和温度变化最剧烈，是强化对流换热的主要“突破口”。流动边界层在壁面上的发展过程显示出，在边界层内也会出现层流和湍流两类流动状态，湍流边界层的主体核心虽处于湍流流动状态，但紧靠壁面处粘滞应力仍占主导地位，致使贴附于壁面的一极薄层内仍保持层流性质，这个极薄层称为湍流边界层的层流底

11110.025 RR0810层。因此在边界层中，无论是层流还是湍流，其流动速度都由零变化到主流速度。尤其是紧靠壁面边界层底部，几乎是静止的，完全是靠导热来换热，换热量小，故强化换热时应破坏边界层，使边界层变薄，减小换热热阻，增加换热量。2.3.气体：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。气体的温度越高，其分子的运动动能越大，不同能量水平的分子相互碰撞的结果，使热量从高温处传到低温处。

导电固体：导电固体中有相当多的自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动，自由电子的运动在导电固体的导热中起着主要作用。

非导电固体：非导电固体导热是通过晶格结构的振动，即原子分子在其平衡位置附近的振动来实现的。液体：液体的导热认为介于气体和固体之间。

4.集总参数法：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，固体内部的温度趋于一致，以致可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下，这时所要求解的温度仅是时间的一元函数而与坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。

条件：物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面换热系数极低。计算时Bi0.1。

5.高效隔热材料要求尽可能的增大热阻，采用多孔结构或多层隔热屏结构，其孔中和隔热屏之间充满气体。由于气体在孔中和屏间是静止的，仅存在导热的传热方式且气体的导热系数小于固体，所以增加了隔热材料的热阻。

三、计算题 1.解：

（1）Eb1T145.6710829027345696.612W/m2

Eb2T245.6710845027315493.026W/m2

4X2,11

A1d13.140.41.256m2 A2d23.140.20.628m2

1,2Eb2Eb115493.0265696.6122895.128W/m2111210.8110.510.81.2560.62810.50.6281A1A2X2.12A1（2）

浙江大学2006年考研试题答案

一、填空题 1.2.自然对流换热 3.、、、cp 124.fthmH mH5.103K/W

6.珠状凝结 膜状凝结 7.动量扩散能力与热量扩散能力 流动边界层和热量边界层 8.100K/W

9.气体辐射对波长有选择性，气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的

10.不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动

11.临界热流密度qmax 12.相对性 完整性 可加性

13.当反射表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时，形成漫反射。14.黑体辐射对应于最大光谱辐射力的波长m与温度T之间存在着如下的关系：mT2.9103mK 15.流体的导热系数，特征长度

二、简答题

1.凝汽器中温度远远低于600℃，辐射传热量极少，可以忽略不计。而在炉膛内烟气温度高于600℃，辐射能力很强，所以必须考虑辐射换热。2.3.人体热量传递给水银过程中存在热阻，达到平衡状态即由非稳态到稳态导热需要一定的时间。

方法：采用热容小的玻璃并减小玻璃厚度。

4.在阴天，云层阻挡了物体向低温太空的热辐射并反射回地面，并且云层反射地面辐射，物体温度较高，不易结霜；而晴天没有云层，物体直接向太空辐射能量，且无反射的地面辐射，所以温度降低，容易结霜。

5.测量过程中热接点与流道存在辐射换热，致使测得温度偏低。采用套管抽气式可减少热接点的辐射传热量，增大气流的对流传热表面传热系数，提高测量精度。

三、计算题 1.解：（1）K111h1h2101.8W/m2K

（2）未结垢时，每米管长KAt101.80.072450502931.84W 设外壁温度t，则 ：

tf1t1tt1tf179.8℃

11h1Ah1Ah1A结垢后

2．解：

Grgavtl32,Prac GrmPrmgtl31.47105(104,109)

0.25则：Nu0.53GrmPrmhl0.531.471050.2510.38

Nu10.382.671021.39W/m2K 又知Nu，hl0.2hAthdlt1.393.140.2l451526.19W 3.浙江大学2007年传热学试题答案

一、填空 1.2.固体的导热系数，特征长度，固体内部导热热阻与其界面上换热热阻 3.R1 A1X1,2124.光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体

t2t5.a2 x6.规定了边界上任何时刻的温度值； 规定了边界上任何时刻的热流密度值为零； 规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度tf 7.，8.在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。物质导热本领的大小 9.1 1210.入口段效应 11.大

c1.2471.00510314.161060.707 12.Pra0.025113.自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾 14.R11110.025m2K/W RR081015.tmtm逆

二、简答题

1.换热器中应用肋片主要目的是强化换热和降低换热器壁温，当换热器一侧的热阻较大时，应对热阻较大一侧进行强化换热，而加装肋片是一种较为有效的方法。

当换热器热流体一侧的传热系数较大而热阻较大时，加装肋片强化换热后，可降低壁温。

换热器管内单相流时，加装肋片后，还可以减薄或破坏边界层，以增加流体的扰动，强化换热器传热。2.3.散热量为最大值时的直径 d02 称为临界热绝缘直径。h0在圆管外加保温层，既可能使散热量减少，也可能使散热量增加。这是因为保温层的加入一方面使导热热阻增加，另一方面可使对流热阻减少。若外直径为 di 的圆管外包以绝热层使直径为d0（d0di），圆管外表面温度为twi，绝缘层表面外侧流体温度和表面

(twitf0)传热系数分别为tf0和h0。则

1d01lln2dih0d0从上式可以看出：保温层的加厚（即d0增大）一方面使导热热阻Rcdd11减小。可以证明，ln0增加，另一方面使对流热阻Rcv2dih0d0当

hdd()0即Bi0cr2时，达到极值点。即以dcr为分界点，如

dd0圆管外径小于dcr时，随着直径d0的增加，散热量增加；若圆管外径大于dcr，则散热量随d0增加而减小。直径dcr即称为临界热绝缘直径。

cpvul4.Nu Pr Re a

avhl由管内及管外强迫对流换热的实验关联式：

NucRemPrn 知 hlcRemPrn

mnculvlvam culvlvcpclm1ummnvnm ncpn其中、v、、cp为流体的物性参数； 由上式知：

①对流换热系数h随流体密度和比热cp的增加而减小； ②对流换热系数h随流体导热系数的增加而增加； ③当m>n时，n-m<0，对流换热系数h随运动粘度的增加而减小；当m0，对流换热系数h随运动粘度的增加而增加。5.三、计算题 1.解：

'''由热平衡方程：q1cp1(t1't1'')q2cp2(t2t2)

其中下角标“1”表示机油温度，“2”表示水的温度。

''0.12131(10060)0.24178(t230)

''524835.6(t230)''t240.2℃

换热量 q1cp1(t1't1'')0.12131(10060)8524J

'''tmaxtmin(t1't2)(t1''t2)对数平均温差：tm ''tmaxt1't2lnln'''tmint1t2(10040.2)(6030)59.830 10040.259.8lnln60303029.843.2℃

0.68981 传热系数k，机油的换热系数h1

Nuh1D0h1Nu5.560.13817.05W/(m2K)D00.045水的换热系数：Nu0.023Re0.8Pr0.4

7251060.7294106m2/s

994uq1Di24vv4q140.20.41m/s 22Di3.140.025994RevDi0.410.0251.406104 60.729410Nu0.023(1.406104)0.8(4.85)0.490.02

Nuh2Dih2Nu90.020.6252250.46W/(m2K)Di0.025111h1h211117.052250.4616.92W/(m2K)总传热系数：k由传热方程：kAtmA由ADill2.解：

852411.66m2 ktm16.9243.2A11.66148.54m Di3.140.025200.51030.000250.1 ⑴ 毕渥数Bi40hD因此系统可以看成集总参数系统。

cpVhA40.510389002000320.5102043.142323⑵ 时间常数：c74.167s

⑶ 由式：

hAttexp t0tc98100expexp 2010074.167c得 273.6s 需要273.6s。

热电偶的时间常数是说明热电偶对流体温度变动响应快慢的指标。时间常数越小，热电偶越能迅速反映出流体温度的变动，即时间常数升温时间减小。时间常数取决于热电偶的几何参数VA，物理性质,c，换热系数h。

热电偶对流体温度变化的反应快慢取决于其自身的热容量cv及表面换热条件hA。热容量越小，温度变化越快，表面换热条件越好（hA越大），单位时间内传递热量越多，则升温时间越少。3.解：

⑴ 忽略外界通过窥视孔射入的辐射能时

J22Eb2J2X2,212

 2Eb2J2X2,212

X2,21X2,11A1 A2即：J22Eb2A2112A2

由于 J1J2A2X2,1/A1J2A2A1J2 A1A24Eb2T245.671084272732.4011011W/m2

J2J12Eb22A112A20.80.82.4011011210322.4011011

420.4410.8J1A12.401101142103753909.3W

2⑵小孔的发射率 1J1J22

AEb1Eb21122A20.80.821032420.440.999996875414210.8

42727342727341TT0.9999968755.67

10010013154.36W

浙江大学2008年传热学试题答案

一、填空 1.gartl3gartl32.Gr Ra 2vav3.旺盛湍流

4.固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为热边界层。5.39.8℃ 34.1℃ 6.减小 增大

7.流体流动的起因，流体有无相变，流体的流动状态，换热表面几何因素，流体的物理性质 8.Nu RePrt9.qgradtn，q指热流密度，指导热系数，gradt是空间x某点的温度梯度，n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向。10.0 11.实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量之比。12.忽略物体内部导热热阻的简化分析方法，应用条件：Bi0.1 13.单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围内的能量称为辐射力。从黑体单位可见面积发射出去的落到空间任意方向单位立体角中的能量，称为定向辐射强度。14.1450K/1177℃

15.表面1发出的辐射能中落到表面2的百分数称为表面1对表面2的角系数。

相对性、完整性、可加性

二、简答题 1.图略

自然对流区：壁面过热度较小，壁面上没有气泡产生，传热属于自然对流工况。

核态沸腾区：当加热壁面的过热度t4℃，壁面上个别地点开始产生气泡，汽化核心产生的气泡彼此互不干扰，随着t进一步增加，汽化核心增加，气泡相互影响，并会合成气块及气柱，气泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。核态沸腾有温压小、传热强的特点。

过渡沸腾区：从峰值点进一步提高t，热流密度不仅不随t的升高而升高，反而会越来越低。膜态沸腾区：从qmin起，传热规律再次发生转折，这时加热面上已形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规则地排离膜层，q随t的增加而增大。

2.瓶身与环境有辐射散热，瓶盖有热传导散热。

采用双层结构，夹层抽真空并且夹层两面涂了发射率极低的银，减少了辐射散热及热传导，瓶盖采用导热率较低的木质材料，减少热传导散热。3.顺流布置的型式。

若采用逆流型式，冷热流体的高温段集中在换热器一端，会出现较高壁温，形成较大的温度应力，不利于安全。

4.Bi0表示平壁内部热阻与表面热阻之比趋向于0，可认为物体内部各部分温度时刻保持一致，可采用集中参数法求解。

Bi表示平壁表面对流换热热阻几乎可以忽略，因而过程一开始平板的表面温度就达到环境温度。图略。

5.太阳能热水器涂层 遮热板 锅炉水冷壁涂层

三、计算题 1.解：

umaxufS1/(S1d)8m/s

80.0251.25104(103,2105)616.01050又知S1/S22，则

38Refulc0.35(S1/S2)0.2，n0.6，空气属气体，m取0

0.36则 Nuf0.35(S1/S2)0.2Re0.61 fPrf0.35(500.2)(1.25104)0.60.7010.36 3893.44 hlNu93.440.026799.79 又知 Nu，hl0.025Andl25123.140.0251.535.33m2

则 hAt99.7935.33(1202.解：

Bihl2040)3.17105W 220.630.0030.0060.1，可采用集总参数法

10.353d2Adl()1.48104m2

4d2Vl1.06107m3

4则 hAttexp，120s t0tcV t86.9℃

提高精度采取的措施：进一步减小水银泡体积，采用遮热罩抽气式测温。3.解：

辐射等效网络图如图所示，墙壁为重辐射面。（图略）由X1,2X1,31 X2,1X2,31 可知X1,30.85 X2,30.85

1110.30.117m2 1A10.320110.333m2 A1X1,2200.151210.50.05m2 2A20.520111 ReqA1X1,3A2X2,3A1X1,2Req(A1X1,3A2X2,3)A1X1,2A1X1,3A2X2,3A1X1,21022.76m2 37则 Eb2Eb1

1112Req1A12A244T120273又 Eb1c05.67417.88W 100100T50273Eb2c025.67617.15W 10010044计算可得，68.08W

则天花板对地面的辐射传热量为68.08W。

第二篇：传热学教案1

第1章 绪论、重点内容： ① 热能传递的三种方式及热量传递的速率方程；

② 传热过程及传热方程式； 2、掌握内容：黑体，传热系数，传热热阻。3、了解内容：传热学的研究内容

第一章介绍传热学的研究内容，传热学中热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。以及包含这三个基本方式的传热过程。

4、基本概念: 热传导、热对流、热辐射、黑体、传热过程、热阻、热流密度。

5、基本定律：傅里叶定律、牛顿冷却公式、斯蒂凡-波尔兹曼常数。学习目标：

①

能确定物体的传热方式。

②

能利用热量传递的速率方程计算热流密度或热流量。③ 能利用传热方程式计算传热过程的传热量。④ 掌握如黑体，传热系数等基本概念。

§1-1 热能传递的三种基本方式

包括热传导、热对流、热辐射三种方式 一、热传导 1、概念

物体各部分之间不发生相对位移，而依靠分子、原子等微观粒子的热运动产生的热能传递。

2、公式

由傅立叶定律知：单位时间通过一定面积的导热热流量与温度变化率和面积有关：

=—Adt（1-1）dxλ为材料导热系数，负号表明热量传递方向与温度升高方向相反。

通过单位面积的热流量称为热流密度：

dtq==-（1-2）Adx二、热对流

1、概念

由于流体宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所导致的热量传递。工程上主要研究流体流过一物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，称为对流传热。根据流动起因，对流传热可分为两类：强制对流和自然对流。另外，液体相变时也伴有对流传热，一般分为沸腾传热和凝结换热。

2、公式

q=ht（1-3）=hAt（1-4）

h为表面传热系数，Δt为壁面与流体间温差，永远取正值。

三、热辐射

1、概念

物体会因各种原因发出辐射能，其中因为热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。

物体间通过辐射方式进行热量传递成为辐射换热。辐射传热的两个特点：

① 能在真空中传递，而且在真空中传递最有效。② 不仅伴随能量的转移，而且有能量形式的转换。

理想黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。

2、公式

斯蒂凡-波尔兹曼定律：黑体在单位时间内发出的热辐射热量

=AT4（1-5）

实际物体辐射热流量采用发射率（黑度）修正：

=AT4（1-6）

两种简单的情况：两块非常接近的互相平行黑体壁面间辐射传热、封闭空腔内物体表面辐射换热。

（1-7）=1A1（T14-T24）

§1-2 传热过程和传热系数

一、传热方程式

1、概念

传热过程：热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。包括串联着的三个环节：

① 热流体与壁面高温侧的换热 ② 壁面高温侧倒壁面低温侧的热量传递 ③ 壁面低温侧与冷流体换热。这三个过程中的热流量应该是相等的。

=A（tf1-tf2）（1-8）

11++h1h2也可以表示成：

（1-9）=Ak（tf1-tf2）K为传热系数，数值上等于冷热流体见温差为1℃、传热表面积1㎡时热流量的值。

二、传热热阻

由（1-8）和（1-9）式可得

111=++（1-10）kh1h2两边同乘以1/A得：

111（1-11）=++AkAh1AAh2如此可以将（1-9）式写成温压-热阻形式。热阻叠加原则与电学中的串联法则相对应。即为传热过程热阻。传热过程Ak 17

第三篇：传热学教案1

第1章 绪论

1.1 概 述

1.1.1、传热学研究内容

传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。

热量传递过程的推动力：温差

1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分； 2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。1.1.2、传热学研究中的连续介质假设

将假定所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间的连续函数。

1.1.3、传热学与工程热力学的关系 相同点：

传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。不同点 a）定义：

工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。

传热学：热量传递过程的规律。b)状态

工程热力学：研究平衡态； 传热学：研究过程和非平衡态 c）时间

工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。传热学：时间是重要参数。1.1.4、传热学的应用

 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍

 传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。热量传递中的三类问题  强化传热  削弱传热  温度控制 日常生活中的例子

a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持22度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？ b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？

c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？

d 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么 感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？ e 为什么水壶的提把要包上橡胶？

f 不同材质（塑料、金属）的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？ 生产技术领域大量存在传热问题 a 航空航天：卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器冷却； b 微电子： 电子芯片冷却

c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存

e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池 o 很多行业中如何让热量有效地传递成为解决问题的关键 o 大规模集成电路芯片的散热问题 o 航天飞机的有效冷却和隔热 o 材料加工行业的散热问题 传热学的研究方法  实验测定  理论分析  数值模拟

1.2 热量传递的三种基本方式

热能传递基本方式：导热（热传导）、对流、热辐射 1.2.1 导热（热传导）概念

定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。

如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。

2、导热的特点 • 必须有温差 • 物体直接接触

• 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；不发生宏观的相对位移 • 没有能量形式之间的转化

3、导热的基本规律 • 1）傅立叶定律 • 1822 年，法国物理学家

如图 1-1 所示的两个表面分别维持 均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。

考察x方向上任意一个厚度为 dx的微元层。

根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A成正比，即

dtAdx 1-1 式中λ是比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。• 2）热流量

单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Φ，单位W。• 3）热流密度（面积热流量）单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q，单位 W/㎡。

当物体的温度仅在 x 方向发生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为:

q• 4）导热系数λ

dtAdx 1-2 λ表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位： W/m·k。

不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。

例题1-1 有三块分别由纯铜（热导率λ1=398W/(m·K)）、黄铜（热导率λ2=109W/(m·K)）和碳钢（热导率λ3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差都维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。

解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题。

1.2.2 热对流 1 基本概念

1)热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

热对流仅发生在流体中，流体中有温差——对流的同时必伴随有导热现象。自然界不存在单一的热对流。

2)对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。、对流换热的分类

1）根据对流换热时是否发生相变分  无相变的对流换热  有相变的对流换热

沸腾换热：液体在热表面上沸腾的对流换热。

凝结换热：蒸汽在冷表面上凝结的对流换热。2）根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。 自然对流：

由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。 强制对流：

流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。3)根据流动状态分为：层流和湍流。

3、对流换热的特点

• 必须有流体的宏观运动，必须有温差；

• 对流换热既有对流，也有导热；对流换热不是基本的热量传递方式。

• 流体与壁面必须直接接触； • 没有热量形式之间的转化。、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 > 流体被加热时： qh(twtf)流体被冷却时： qh(tftw)如果把温差（亦称温压）记为Δt，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为

qhtAht表面传热系数（对流换热系数）hΦ(A(twt))W(m2C)—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量

h是表征对流换热过程强弱的物理量

影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等。

一般地，就介质而言：水的对流换热比空气强烈；

就换热方式而言：有相变的强于无相变的；强制对流强于自然对流。对流换热研究的基本任务：用理论分析或实验的方法推出各种场合下表面换热导数的关系式。

1.2.3、热辐射

1、基本概念

1）辐射和热辐射

物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。2）辐射换热

辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。2.辐射换热的特点

 不需要物体直接接触。可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。

 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。

辐射时：辐射体内热能→辐射能； 吸收时，辐射能→受射体内热能。 只要温度大于零就有能量辐射。

 物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热，对流的基本特点。热辐射的基本规律（斯蒂芬-玻尔兹曼定律）

黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。或称绝对黑体。（Black body）

黑体的辐射能力与吸收能力最强，黑体在单位时间内发出的辐射热量由斯忒潘—玻耳兹曼定律获得。

AT4其中 T ——黑体的热力学温度 K ；

1-7

5.6710-8W/m2K4σ——斯忒潘—玻耳兹曼常数（黑体辐射常数），其值为；

A——辐射表面积 m2。

一切实际物体的辐射能力都小于同温度下的黑体，实际物体辐射热流量也可以根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得： AT4其中 Φ ——物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量； ε ——物体的发射率（黑度），其值总小于1，它与物体的种类及表面状态有关。

要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详见第9章。

eg：表面积为A1、表面温度为T1、发射率为ε1的一物体包容在一个很大的表面温度为T2的空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量

综合分析

1A1(T14T24)

1.3 传热过程和传热系数 1.3.1、传热方程式 1、概念

热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。2、传热过程的组成 一般包括串联的三个环节： ① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。

稳态过程通过串联环节的热流量相同。3、传热过程的计算

针对稳态的传热过程，即 Φ=const 传热环节有三种情况，则其热流量的表达式如下：

Ah1tf1tw1Atf1tw1Ah1Ah2tw2tf2

也可以表示成:: tw1tw2tw1tw2A/tw2tf2Ah2A(tf1tf2)11h1h2Ak(tf1tf2)Akt式中，k称为传热系数，单位 W/m2K

4、传热系数

概念

是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上等于冷热流体间温差Δt=1 ℃，传热面积A=1m2时热流量的值。K值越大，则传热过程越强，反之，则弱。K的影响因素

①与传热过程的两种流体的种类； ②流速大小、传热过程是否有相变。传热系数的表达式为: k

111h125 h25、热阻分析 1）类比方法

• 对各种转移过程的规律进行分析与比较，充分揭示出相互之间的类同之处，并相互应用各自分析的结论，是研究转移过程的一种行之有效方法。

• 热电类比（热阻分析）是传热学常用的研究方法：即将电学中的欧姆定律及电学中电阻的串并联理论应用于传热学热量传递现象的研究。热路与电路的相似性

2）热阻

a、热阻定义：热转移过程的阻力称为热阻。

b、热阻分类：不同的热量转移有不同的热阻，其分类较多，如：导热阻、辐射热阻、对流热阻等。对平板导热而言又分：

面积热阻RA：单位面积的导热热阻。热阻R：整个平板导热热阻。c、热阻的特点

串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，若通过各串联环节的热流量相同，则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。3）导热热阻

ttqtR单位面积平壁的导热热阻 面积为Ａ的平壁，导热热阻 4）对流换热热阻

Rm2KW(A)KWtt

q1hRhtt

q111Rk1K h11h2tf1-tf2

单位面积的传热热阻：

Rk11h1h2k越大，传热越好；热阻越小，传热越好

例题1-

3、一房屋的混凝土外墙的厚度为=200mm，混凝土的热导率为=1.5W/(m·K)，冬季室外空气温度为tf2=-10℃, 有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2·K)，室内空气温度为tf1= 25℃,和墙壁之间的表面传热系数为h1=5 W/(m2·K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。

解：由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为

1.4 传热学发展简史

18世纪30年代工业化革命促进了传热学的发展 • 导热（Heat conduction）

– 钻炮筒大量发热的实验（B.T.Rumford, 1798年）– 两块冰摩擦生热化为水的实验（H.Davy, 1799年）– 导热热量和温差及壁厚的关系（J.B.Biot, 1804年）– Fourier 导热定律(J.B.J.Fourier , 1822 年）– G.F.B.Riemann/ H.S.Carslaw/ J.C.Jaeger/ M.Jakob • 对流换热（Convection heat transfer）

– 不可压缩流动方程（M.Navier,1823年)– 流体流动Navier-Stokes基本方程(G.G.Stokes,1845年）

– 雷诺数(O.Reynolds,1880年）– 自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年）

– 管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916年）

– 凝结换热理论解（W.Nusselt, 1916年）

– 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系（W.Nusselt,1909年/1915年）

– 流体边界层概念（L.Prandtl, 1904年）– 热边界层概念（E.Pohlhausen, 1921年）

– 湍流计算模型（L.Prandtl,1925年； Th.Von Karman, 1939年；R.C.Martinelli, 1947年）

本章小结：(1)导热

Fourier 定律：(2)对流换热

Newton 冷却公式：(3)热辐射

Stenfan-Boltzmann 定律：(4)传热过程